乌河水库工程设计简述

2016-04-08王永生

山西水利 2016年1期

关键词：挑流盂县底孔

王永生

（盂县水务局，山西盂县 045100）

乌河水库工程设计简述

王永生

（盂县水务局，山西盂县 045100）

在水资源相对丰沛、水质较好的滹沱河流域乌河干流上兴建水库，不仅可改变流域内缺乏水利设施、地表水利用极低的现状，而且可满足盂县西部地区工农业生产和人民生活用水的需求，同时可缓解水资源短缺与经济社会发展之间的矛盾。介绍了乌河水库工程设计过程，可为类似工程施工提供参考。

滹沱河；供水工程；工程设计；乌河水库

1 概况

乌河水库地处阳泉市盂县境内的乌河干流上，坝址位于西潘乡均才村上游约1km处。工程建设主要任务是工业供水、农田灌溉及生活用水等综合利用。每年可向工业园区提供996.4万m3的水量，供水保证率95%；农业供水331.3万m3，发展高效节水灌溉面积0.167万hm2，供水保证率50%；向西烟镇和西潘乡提供65.2万m3的生活用水。

乌河上游的西烟镇和西潘乡位于盂县西部的山间盆地，截至2011年底，2个乡镇总人口达28871人，耕地面积7589hm2。近年来，随着煤炭、冶金、建材行业的整合和部分企业的转型，循环经济产业示范园区悄然兴起，区域用水需求日益增大，目前人畜饮水主要靠深井水源取水，地下水位下降给当地生产、生活带来负面影响。因此，开发新水源，用足用好地表水、实现水资源的优化配置，成为当地工农业生产快速发展和人民生活不断提高的重要保障。

2 流域状况

2.1 河流水系

乌河为滹沱河的一级支流，发源于阳曲县的两岭山，主流从凌井店起，沿西南—东北方向呈窄长形分布于阳泉市域的西北地区，自盂县东蒋村南0.3km入境，由南向北流经东梁、西烟、西潘、下社4个乡（镇），于下社乡枣园村汇入滹沱河，全长64km，流域面积1230km2。境内流域呈中低山区地貌，有部分山间盆地和黄土丘陵区，海拔高度介于1804～554m之间，上游到中游连串的山间盆地坡度非常平缓，河道纵坡在0.3‰～5.7‰之间，下游从东坡、岭南村进入山地峡谷，工程区范围内的河道纵坡在10‰～20‰之间。西潘乡李家庄村以上为季节性河流，以下为常年性河流，期间主要有李家庄和宋庄泉出露，2012年实测主河道清水流量为0.323m3/s。

2.2 气象水文条件

乌河流域属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，春冬干旱少雨（雪），夏季炎热多暴雨，旱涝交替频繁，且境内区域气候垂直变化显著。据盂县气象站资料统计，极端最高气温达38.3℃，最低气温-21.0℃，乌河流域多年平均降雨量503.8mm，年际及年内变化较大，降雨主要集中在6—9月，最大年降雨量762.9mm，最小年降雨量194.8mm。根据《阳泉市水资源公报》，1956—2008年系列乌河全流域多年平均径流量为3140万m3，其中，阳泉境内697km2面积多年平均径流量1930万m3，入境1174万m3。乌河水库坝址以上主河道长57.9km，平均纵坡8.6‰，控制流域面积1112km2，占全流域面积的95%，多年平均径流量为2810万m3。

3 工程布置

3.1 工程等别与标准

乌河水库设计总库容953万m3，为小（一）型水库，工程等别为Ⅳ等，扬水站工程规模为Ⅳ等，水库枢纽及扬水站主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。防洪标准确定为50年一遇洪水设计、500年一遇洪水校核；扬水站工程防洪标准为30年一遇洪水设计、100年一遇洪水校核。地震设防标准按7度区、动峰值加速0.15g设计。

3.2 工程总体布置

乌河水库建设内容主要包括枢纽工程、供水工程和农田灌溉工程三部分。

3.2.1 枢纽工程总体布置

大坝坝型采用堆石混凝土重力坝，坝体由左岸挡水坝段、溢流坝段、右岸溢流坝段组成。坝身泄洪设施为溢流表孔和泄洪冲沙底孔。大坝长267.9m，宽5m，坝顶高程792m，最大坝高59.5m。其中，左岸挡水坝段长95m，溢流坝段长80.6m，为开敞式溢流堰，堰顶高程786.4m，坝顶上部设5m宽的交通桥；右岸挡水坝段长92.3m。泄洪冲沙底孔及供水工程取水口布置于右岸第四坝段，泄洪冲沙底孔为淹没深孔式，设平板检修闸门，消能方式为挑流消能。供水工程取水口结合泄洪冲沙底孔布置于底孔顶部，经坝身埋设1m的供水钢管至下游一级泵站厂区。

3.2.2 供水工程规划

乌河水库工业和农业灌溉受益区在乌河上游的西烟镇，供水路线总长度约29.7km，工业园区受水池高程1268m，比水库最低取水水位高出493m，从水库到用水区为长距离高扬程输水工程，全线共分5级扬水。

3.2.3 农业灌溉工程规划

灌溉供水工程以西叉水库右岸的四级扬水站扬水池，即五级扬水泵站前池为起点，规划总灌溉面积37km2。其中，近期发展在四级扬水站范围内可自流灌溉21km2，远期发展需再次扬水灌溉16km2。

4 主要建筑物设计

4.1 坝体断面设计

乌河水库枢纽大坝由挡水坝和溢流坝组成。坝顶无闸门控制溢流，坝后挑流消能，坝身底孔泄水冲沙，大坝主体筑坝材料为堆石混凝土，挡水坝段横断面以两个背靠背的直角三角形为基本断面，上游三角形顶高程771.4m，此高程以上为铅直面，以下迎水坡率为1∶0.2；下游三角形顶高程785.9m，此高程以上为铅直面，以下迎水坡率为1∶0.75。坝顶下游堰面曲线采用WES幂曲线，后接1∶0.75的斜坡直线段，斜坡直线段后接反弧段，反弧半径10m，圆心角73.13°，消流方式采用挑流消能，挑角20°，挑流鼻坎顶高程759.01m。在坝顶设置的交通桥上游侧设钢筋混凝土防浪墙，下游侧设拦杆。

4.2 泄洪冲沙底孔设计

泄流孔为矩形钢筋混凝土结构，孔口部位周边C40抗磨蚀混凝土厚度均为1.0m，进口闸门处孔底高程756.4m，孔口尺寸4m×5m（宽×高），布置平板检修钢闸门一道；检修闸门出口压坡段之间按有压短洞设计，出口压坡段末端高度由5m渐变为4m，渐变段长5m，出口为弧形闸门。泄洪冲沙底孔采用挑流消能，挑角20°，挑流鼻坎顶高程758.2m。

4.3 供水工程取水口设计

按照小水库更新建设设计指导意见，将供水工程取水口与泄洪冲沙底孔结合布置在同一坝段。取水钢管（直径1000mm）进水喇叭口垂直布置在泄洪冲沙底孔顶部，沿水流方向距离坝轴线3m，喇叭口底面高程（即泄洪冲沙底孔高程）761.4m，其后取水钢管先垂直向上，后转为水平布置，向下游在桩号0+079.0处穿出坝体，沿泄流底孔出口左侧导墙埋设至一级泵站厂区，在取水管垂直段顶部设通气钢管延伸至坝顶，满足补气、消除负压要求。